package org.hw.algorithm.queue;

import java.util.Scanner;

/**
 * @Program: demo
 * @Author: hewei
 * @Date: 2024-03-06 18:08
 * @Description: 使用数组模拟队列
 * 关键点就是 index % maxSize 的含义
 * index < maxSize : index % maxSize = index
 * maxSize <= index : index % maxSize <=> index = maxSize*n + i 。含义就是 index 去除 n倍的maxSize后的序号 i。
 * 这样通过取模运算，会将超出 maxSize 位置的元素重新定位到数组的开头
 **/
public class ArrayQueue {
    private int[] arr;
    /*队列中的队头元素下标*/
    private int front = 0;
    /*在进行第一次插入后，指向队尾元素的下一个元素下标（也就是队尾第一个为空的元素下标）*/
    private int rear = 0;
    private int maxSize;

    /**
     * 由于在rear向后移动的时候指向队尾元素的下一个元素下标(也就是队尾第一个为空的元素下标)，所以在始终会有一个数组格没有填充数据
     * 为了让实际元素能达到 maxSize 个，就需要默认对 maxSize+1
     */
    public ArrayQueue(int maxSize) {
        this.maxSize = maxSize + 1;
        arr = new int[this.maxSize];
    }

    public static void main(String[] args) {
        ArrayQueue arrayQueue = new ArrayQueue(3);
        char key = ' ';
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        boolean tag = true;
        while (tag) {
            System.out.println("show(s):显示队列数据");
            System.out.println("exit(e):程序退出");
            System.out.println("add(a):增加队列数据");
            System.out.println("get(g):取出队列数据");
            System.out.println("head(h):显示头部数据");
            System.out.println("tail(t):显示尾部数据");
            key = scanner.next().charAt(0);
            switch (key) {
                case 's':
                    System.out.println("队列数据如下所示:");
                    arrayQueue.allData();
                    break;
                case 'e':
                    tag = false;
                    System.out.println("程序已退出");
                    break;
                case 'a':
                    System.out.println("请输入一个整数:");
                    arrayQueue.enQueue(scanner.nextInt());
                    break;
                case 'g':
                    System.out.println("所取得数据为:");
                    try {
                        System.out.println(arrayQueue.deQueue());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 'h':
                    try {
                        System.out.println("队列头部数据为:" + arrayQueue.frontData());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                case 't':
                    try {
                        System.out.println("队列尾部数据为:" + arrayQueue.rearData());
                    } catch (Exception e) {
                        System.out.println(e.getMessage());
                    }
                    break;
                default:
                    System.out.println("输入错误！");
            }
        }
    }

    /**
     * 队列是否为空
     * 头指针和尾指针相遇时表示队列为空
     */
    public boolean isEmpty() {
        return rear == front;
    }

    /**
     * 队列是否填满
     * rear向后移动一位之后的位置如果和front重合，就说明队列已满
     */
    public boolean isFull() {
        return (rear + 1) % maxSize == front;
    }

    /**
     * 获取队列中有效数据的个数 （可以类比数轴上两个点之间的距离思考）
     * 有效数据的个数 = rear和front之间的数据个数：如果 rear > front: rear-front ；如果 rear < front ：(rear-front)+maxSize
     * 表达式 (rear-front+maxSize)%maxSize 中，+maxSize是为了消除负数，然后再 %maxSize 是为了获得rear-front的真实差距，也就是有效元素个数
     */
    public int getSize() {
        return (rear - front + maxSize) % maxSize;
    }

    /**
     * 入队
     * 通过模运算始终将元素位置定位在数组下标范围内
     */
    public void enQueue(int a) {
        if (isFull()) {
            System.out.println("队列已满！");
            return;
        }
        arr[rear] = a;
        /*指向队尾元素的下一个位置*/
        rear = (rear + 1) % maxSize;
    }

    /**
     * 出队
     */
    public int deQueue() throws Exception {
        if (isEmpty()) {
            throw new Exception("Empty Queue");
        }
        int result = arr[front];
        front = (front + 1) % maxSize;
        return result;
    }

    /**
     * 显示队头元素
     *
     * @return
     * @throws Exception
     */
    public int frontData() throws Exception {
        if (isEmpty()) {
            throw new Exception("Empty Queue");
        }
        return arr[front];
    }

    /**
     * 显示队尾元素 方式一: 通过队头指针后移有效数据位确定位置
     */
//    public int rearData() throws Exception {
//        if (isEmpty()) {
//            throw new Exception("Empty Queue");
//        }
//        int index = (front+getSize()-1) % maxSize;
//        return arr[index];
//    }

    /**
     * 显示队尾元素 方式二：通过队尾指针前移一位确定元素位置
     */
    public int rearData() throws Exception {
        if (isEmpty()) {
            throw new Exception("Empty Queue");
        }
        int index=(rear - 1 + maxSize) % maxSize;
        return arr[index];
    }

    /**
     * 显示全部数据
     * 存在线程安全问题
     */
    public void allData() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("Empty Queue");
            return;
        }
        for (int i = front; i < front + getSize(); i++) {
            int index = i % maxSize;
            System.out.printf("arr[%d] = %d\n", index, arr[index]);
        }
    }
}